AN2131QC芯片USB總線通信的開發(fā)

閆軍虎

　　（中國電子科技集團公司第39研究所　陜西　西安710065）

1　USB總線的網(wǎng)絡(luò)配置

在USB總線網(wǎng)絡(luò)中，只能有一個主機，一個主機通過USBHUB多可以擴展127個USB外圍設(shè)備。如果不通過HUB，那么USB總線的傳輸距離不超過5 m。圖1是USB總線網(wǎng)絡(luò)圖。

從數(shù)據(jù)的傳輸流程可以知道，兩個計算機無法直接通過USB總線進行通信。

2　AN2131QC的主要特點
　　 AN2131QC是基于USB1．1的外設(shè)通信控制芯片，主要特點：
　　（1）四時鐘周期的8051內(nèi)核。
　?。?）2個快速存儲器到存儲器的數(shù)據(jù)傳送指針。
　?。?）擴展的中斷，包含有多個USFB數(shù)據(jù)傳輸中斷。　　
　?。?）8 k內(nèi)部RAM，用于存放程序和數(shù)據(jù)，支持外部存儲器。
　?。?）靈活的固件程序升級。
　?。?）32個輸入輸出管道，其中同步傳輸支持1 024 B長度數(shù)據(jù)傳輸。
　?。?）多種固件程序引導(dǎo)方式，方便的固件程序升級辦法。

3　AN2131QC的數(shù)據(jù)傳送方式
　　USB總線的數(shù)據(jù)傳送是通過管道（PipLine）來完成的，主機發(fā)送IN令牌和OUT令牌，完成信息輸入或輸出。不同于CAN總線的固定地址分配，所有USB外圍設(shè)備接入到總線時，地址由主機隨機分配。
　　基于AN2131QC的設(shè)備接入主機后，信息交換是通過4種方式實現(xiàn)的：
　　（1）控制傳輸方式
　　主要作用是建立主機和USB外設(shè)之間的聯(lián)系管道和USB外設(shè)的狀態(tài)反映，不能用于傳輸信息數(shù)據(jù)。AN2131QC的端點0用于控制傳輸。
　　（2）塊傳輸方式
　　主要用于傳輸長度不大于64個字節(jié)而且需要周期性傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊，具有錯誤重發(fā)功能，可以動態(tài)地利用可獲得的USB總路線帶寬。
　?。?）中斷傳輸方式
　　傳輸主式同塊傳輸基本相同，但其主要用于發(fā)送或接收少量數(shù)據(jù)，而且并不經(jīng)常進行傳送的情況。AN2131QC的端點1～7可以進行塊傳輸和中斷傳輸。
　?。?）同步傳輸方式
　　可以傳輸長度不超過1 024 B的數(shù)據(jù)塊，主要用于傳輸大批量的實時數(shù)據(jù)，例如音頻數(shù)據(jù)，不支持錯誤重發(fā)?！　?/P>

4　AN2131QC的程序引導(dǎo)
　　AN2131QC內(nèi)部沒有ROM，因此程序只能在上電復(fù) 位時從外部導(dǎo)入，主要為以下幾個途徑：
　?。?）通過驅(qū)動程序，CYPRESS公司提供了工具將編譯的固件HEX文件嵌入到驅(qū)動程序內(nèi)，USB外圍設(shè)備接入到總線后，主機自動將固件程序?qū)懭氲紼Z-USB內(nèi)RAM，完成枚舉和重枚舉。
（2）通過外部I2CE2PROM。將固件HEX文件通過“HEX2BIX-I-B2(TARGET).IIC(SOURCE).HEX”命令轉(zhuǎn)換成IIC文件，用編程器或者“控制面板程序”寫入到I2C器件。I2 C器件選用24LC64A或者24AA64，將其 A0管腳上拉到高電平，A1，A2接地。
　?。?）采用外部FLASHIROM和RAM。固件程序如果大于4 k，那么就要考慮用這種方式，注意EA上拉到高電平。

5　AN2131QC的電路配置
　　主機向外圍USB設(shè)備提供的電流是500 mA，因此當USB外圍設(shè)備電流消耗超過500 mA時，需外接電源。AN2131QC的工作電壓是3．3 V，可以通過LDO芯片將5 V轉(zhuǎn)換成3．3 V。
　　AN2131QC芯片的電路原理如圖2所示，其中有幾點要說明：
　?。?）芯片的5，6，13，14，72腳通過一個1 kΩ電阻接地，主要用于上電測試。
　?。?）無論I2C總線是否外接有器件，SCL和SDA管腳都應(yīng)通過2．2 kΩ的電阻上拉。
　?。?）不能讓W(xué)AKEUP管腳懸空。
　?。?）將USB＋和USB－通過2個24Ω電阻接到D＋和D－，可以抑制虛噪聲信號和限制環(huán)流。

6　AN2131QC的固件程序開發(fā)
　　從CYPRESS公司網(wǎng)站，可以到“控制面板程序”和驅(qū)動程序，也可以得到開發(fā)例程。通過開發(fā)例程，我們可以總結(jié)出開發(fā)自己固件程序的框架，從而可以輕松完成USB外圍設(shè)備的開發(fā)。
　　在建立固件程序框架后，根據(jù)地址分配，在KEILC51 編譯器內(nèi)設(shè)置編譯連接地址，如果選用內(nèi)部RAM，CODE地址設(shè)置為0x100，XDATA地址設(shè)置為0x1200。
　?。?）在DSCR．A51文件中設(shè)置外圍設(shè)備配置信息和通信管道
　　在此文件內(nèi)包含有USB外設(shè)的定義信息和通信管道，其中需要自己修改的東西是設(shè)備描述和通信管道。
　　StringDscr1和StringDscr2用于描述USB外設(shè)的種類和功能。
　　EpInDscr用于定義AN2131QC的輸出端點，包括端點號（作為輸入的端點號字節(jié)的位為“1”）、傳輸方式、數(shù)據(jù)包長度等。
　　EpOutDscr用于定義AN2131QC的輸入端點，格式與EpInDscr相同，但端點號字節(jié)的位為“0”。
　　 （2）通信管道的初始化
　　在DSCR．A51文件內(nèi)定義了端點號后，需要在初始化定義里使能相應(yīng)的通信端點，下面的例子為輸入端點2和輸出端點2的初始化例程：

其中需要注意的是USBPAIR寄存器的初始化值，他用于設(shè)定相應(yīng)端點的雙輸入輸出緩沖區(qū)。在一些控制設(shè)備中需要實時獲取USB外設(shè)的狀態(tài)，但在使用雙緩沖功能后，主機需要發(fā)送3個IN令牌，才能從外設(shè)取得的狀態(tài)數(shù)據(jù)，因此在實時性要求比較高的情況下，應(yīng)避免使用輸入輸出雙緩沖功能。
　　 （3）數(shù)據(jù)收發(fā)
　　USB外設(shè)向主機發(fā)送信息和獲取信息都是以一個數(shù)據(jù)包為單位，數(shù)據(jù)包的長度可以隨機改變，但不能超過前面端點定義的數(shù)據(jù)包長度。以輸入端點2和輸出端點3為例說明數(shù)據(jù)的收發(fā)過程。
　　向主機發(fā)送數(shù)據(jù)：輸入端點2
　　if（（IN2CS＆0x02）?。?x02））
　　 　　　　　　　　　　　　　?。瘷z查輸出緩沖是否為空

7　結(jié)語
　　在有些設(shè)備中，可能用AN2131QC作為USB通信，用其他功能強大的微處理器作數(shù)據(jù)處理，這樣的配置有一個瓶頸就是AN2131QC與微處理器的輸入輸出數(shù)據(jù)交換問題，可以用雙口RAM來解決，但這將使系統(tǒng)復(fù)雜，所以使用帶有標準并行總線接口的USB控制器。在USB設(shè)備的開發(fā)過程中，驅(qū)動程序的開發(fā)也是同等重要。